[发明专利]一种绿色高效氧化环状邻位二醇制备二醛类物质的方法以及实现该方法所需的装置

说明书

技术领域

本发明属于精细化学品合成与绿色化学制备技术领域。具体而言，本发明涉及一种利用电化学方法再生高碘酸盐用于在封闭体系中循环持续氧化环状邻位二醇生产二醛类物质的方法。该方法过程简单，成本低，产率高，物耗低，能耗低，不产生工业三废，可实现氧化剂的循环利用。

背景技术

在现有技术中，存在采用已有的氧化剂使环状邻位二醇氧化制备二醛的方法。但传统氧化剂成本较高，生产工艺复杂，产率低，而且不能重复利用，例如臭氧氧化法、二乙酸碘苯氧化法、双氧水-催化剂体系氧化法、高碘酸钠-催化剂体系氧化法和高碘酸钠-硅胶氧化体系氧化法等。然而，臭氧氧化法中的臭氧易腐蚀设备，为避免氧化过度使醛生成酸，需另外加入其他还原试剂，因此增加了产品的分离难度，降低了产品产率；二乙酸碘苯氧化法虽然产率较高，条件温和，但氧化剂本身不易获得；双氧水-催化剂氧化法中，尽管双氧水是绿色氧化剂，但因双氧水的选择性较差而降低了醛类物质的产率。高碘酸氧化体系相比其他几种催化氧化剂，氧化环状邻位二醇时断裂碳链生成二醛的产率较高，但高碘酸钠价格也相对最高，目前没有文献及工艺研究说明可以循环使用高碘酸盐氧化制备醛类物质。此外，还有报道使用电化学方法直接氧化环状邻位二醇断裂开环制备二醛类物质，但反应选择性较差，易发生过度氧化还原反应：酸类及醇类副产物含量较高且电解效率低，能耗高。

综上所述，迫切需要一种能够降低化学品的损耗，减少反应流程、杂质含量，并具有环保节能的优点的新的方法。并需要尽量减少三废的产生，降低生产成本，提高产品纯度及生产效率，从而实现在封闭循环体系下高效、节能、环保、可控地制备二醛类物质。

发明内容

针对现有技术中采用化学法或电化学法氧化环状邻位二醇生产二醛类化合物的方法的缺点，提出本发明。本发明的目的在于提供一种低能耗、零污染、工序简单、在封闭体系下完成的用环状邻位二醇制备二醛类物质的方法和装置；本发明具有产品纯度高，产率高，成本低，生产安全可靠的特点。

本发明利用电化学方法再生高碘酸盐用于在封闭体系中循环持续氧化环状邻位二醇制备二醛类化合物的方法区别于现有技术的特征在于，以无载体或在微量载体中氧化代替传统工艺中使用大量载体的缺点，并循环利用昂贵氧化剂高碘酸盐，从而实现低成本绿色氧化制备过程。

因此，本发明的一个目的是提供一种利用电化学方法再生高碘酸盐用于在封闭体系中循环持续氧化环状邻位二醇制备二醛类化合物的方法。

本发明的另一个目的是提供一种利用电化学方法再生高碘酸盐用于在封闭体系中循环持续氧化环状邻位二醇制备二醛类化合物的装置。

在本发明的化学法氧化环状邻位二醇的方法中涉及的主要化学反应如下：

其中，M为碱金属或碱土金属，优选为钾、钙、钠或镁，更优选为钠或钾，以及

其中，x为1-6的整数，优选3或4，最优选4，y为1或2，

在化学反应之后，氧化剂高碘酸盐被还原为碘酸盐，随后碘酸盐经过电化学反应再被氧化为高碘酸盐，涉及的电化学反应过程如下：

阳极主反应：  IO₃^-+H₂O-2e^-→IO₄^-+2H⁺        (1)

阳极其它反应：2Cl^--2e^-→Cl₂；              (2)

              Cl₂+IO₃^-+H₂O→2Cl^-+IO₄^-+2H⁺   (3)

阴极主反应：  4H⁺+4e^-→2H₂↑              (4)

总反应：      IO₃^-+H₂O→IO₄^-+H₂↑

本发明的方法将氯离子引入电解质溶液中，相比现有技术中使用氯气氧化碘酸盐或直接电解碘酸盐溶液生产高碘酸盐的方法，本发明的方法程序简单，无污染废弃物，物耗低，能耗低，而且制得的高碘酸盐产率高。